觸媒合金粉末的開發(fā)背景
自人造金剛石問世以來，超硬材料行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，它不僅拉動了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，也改變了人們的生活。人造金剛石作為一種超硬材料，它硬度高、耐磨性好，用其作鉆切磨工具可廣泛用于地質(zhì)、煤田、石油、工程等鉆探，硬脆金屬及非金屬材料的切削加工與磨削加工，由于它的導(dǎo)熱率高、電絕緣性好，可作為半導(dǎo)體裝置的散熱板，它有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。
中國作為人造金剛石生產(chǎn)大國已多年位居世界第一，其金剛石產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。由于我國人造金剛石的質(zhì)量和穩(wěn)定性的逐步提高、成本的不斷降低，加上國內(nèi)外金剛石制品市場的不斷擴大，有力地推動了人造金剛石市場的蓬勃發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2003年我國人造金剛石的年產(chǎn)量約為25.3億克拉（約506t），比2002年產(chǎn)量增長了26.5%。2006年我國人造金剛石的年產(chǎn)量達到50億克拉（1000t）以上。21世紀前我國人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)用原材料以片狀觸媒合金和片狀石墨為主（片狀工藝），進入21世紀粉末合成技術(shù)逐步替代了片狀技術(shù)。
水霧化法制造觸媒合金粉末項目，是在1988年人工晶體研究院承擔聯(lián)合國開發(fā)署資助的《金剛石工具新技術(shù)的研究和發(fā)展》項目（CPR/85/052），及1996年人工晶體研究院承擔的原國家建材局《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開發(fā)》科研項目的基礎(chǔ)上，結(jié)合市場情況進一步研制開發(fā)衍生的項目。2000年5月，《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開發(fā)》項目順利通過了部級鑒定。
近年來，國內(nèi)外人造金剛石市場不斷擴大，而采用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石是金剛石行業(yè)的發(fā)展方向，國外普遍采用觸媒合金粉末材料作為催化劑合成人造金剛石。國內(nèi)金剛石行業(yè)在2002年以前主要用片狀觸媒合金，年用量在3000t左右，粉末法合成人造金剛石比片狀合成相同體積金剛石產(chǎn)量、質(zhì)量可大幅度提高，材料消耗大幅度降低，全部用粉末材料其觸媒合金粉末用量只需1200t左右。自2003年起用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的認同，合成高品級人造金剛石用的觸媒合金粉末材料開始批量推廣應(yīng)用，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長的趨勢。截至2003年底，國內(nèi)共有5941臺六面頂及100余臺兩面頂人造金剛石設(shè)備，消耗觸媒4524余噸，如果開發(fā)70%的用量使用粉末觸媒，考慮到粉末觸媒替代片狀觸媒用量降低到1/3，以及金剛石行業(yè)的發(fā)展，全國觸媒合金粉末材料年需求量可達1200t以上，產(chǎn)品市場前景十分廣闊。
粉末觸媒合成技術(shù)發(fā)展初期（20世紀90年代末期）主要使用進口觸媒合金粉末，價格在每噸18萬元左右，材料成本高，加上當時粉末合成技術(shù)水平還較低，粉末材料推廣用量較少。國產(chǎn)氣霧化觸媒合金粉末的應(yīng)用也未從根本上解決問題。人工晶體研究院經(jīng)過近十年的技術(shù)攻關(guān)，從觸媒合金粉末的制造技術(shù)到應(yīng)用技術(shù)方面根本性突破后大幅度降低了觸媒合金粉末的制造成本及推廣應(yīng)用的工藝成本，促進了我國粉末法合成人造金剛石技術(shù)的快速發(fā)展。
觸媒合金粉末的生產(chǎn)工藝
觸媒合金粉末是合成金剛石的催化劑，是生產(chǎn)人造金剛石主要原料。合金粉末的制造以霧化法為主，有水霧化和氣霧化兩大類，我們采用水霧化法制造觸媒合金粉末。主要設(shè)備：中頻熔煉爐、高壓水泵、真空干燥箱、篩分機、合批機、真空包裝機等。生產(chǎn)工藝流程見圖1。
觸媒合金粉末的市場開發(fā)與推廣應(yīng)用
用粉末技術(shù)合成人造金剛石其粉末柱由石墨粉和觸媒合金粉制成，初期制柱工藝為：混料——造�！獕褐婵尽婵瞻b，此工藝要求觸媒粉和石墨粉氧含量低、純度高，粉末柱中的材料如果脫氧不夠所生長出的金剛石顏色不好，強度低、耐熱性差、耐磨性差。
用水霧化法制造的觸媒合金粉末產(chǎn)品，成本比氣霧化產(chǎn)品大幅度降低，但其氧含量要高出5倍左右，這是其主要弱點，霧化后不經(jīng)后處理還原，水霧化觸媒合金粉末氧含量在（2000～4000）×10-6（0.2～0.4%），氣霧化觸媒合金粉末氧含量在（200～800）×10-6，我國粉末法合成技術(shù)開發(fā)初期，利用進口氣霧化觸媒合金粉末，其特點是經(jīng)脫氧還原并鈍化處理后氧含量低（約100×10-6），但價格高（2002年單價180元/kg，外加運雜費成本約200元/kg）。國內(nèi)氣霧化制造的觸媒合金粉雖然價格略低（約150元/kg），但其氧含量偏高（大約在200×10-6）。
為推廣應(yīng)用低成本的水霧化觸媒合金粉末（65元/kg），我們革新了制柱工藝，將粉末柱脫氧還原，制柱成本略有增加，但大幅度降低了材料成本，現(xiàn)行制柱工藝為：混料——造粒——壓柱——真空還原——真空包裝�，F(xiàn)行制柱工藝解決的核心問題是將脫氧還原放在壓柱之后，采用水霧化觸媒合金粉末大幅度降低了粉末柱的成本。
初期制柱工藝要求原料純度高、氧含量低，而且在制柱過程中要盡量避免粉末材料吸潮，實際生產(chǎn)過程中很難做到。采用現(xiàn)行工藝則從根本上解決了氧含量和吸潮問題，金剛石的質(zhì)量及品位大幅度提高，加上更趨合理的腔體結(jié)構(gòu)及合成工藝改進，金剛石單產(chǎn)大幅度度提高。解決了上述工藝技術(shù)問題，為推廣應(yīng)用水霧化觸媒合金粉末打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
近年來，國內(nèi)外人造金剛石市場不斷擴大，用水霧化法制造的觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國內(nèi)各生產(chǎn)廠家的認同，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長的趨勢。北京中材人工晶體有限公司自2003年度起小批量投入市場，全年銷售30余噸，銷售收入215萬元，2004度銷售270t，銷售收入1750萬元，2005年度銷售370t，銷售收入2520萬元，2006年度銷售400余t，銷售收入3200萬元。
自人造金剛石問世以來，超硬材料行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，它不僅拉動了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，也改變了人們的生活。人造金剛石作為一種超硬材料，它硬度高、耐磨性好，用其作鉆切磨工具可廣泛用于地質(zhì)、煤田、石油、工程等鉆探，硬脆金屬及非金屬材料的切削加工與磨削加工，由于它的導(dǎo)熱率高、電絕緣性好，可作為半導(dǎo)體裝置的散熱板，它有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性，在電子工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。
中國作為人造金剛石生產(chǎn)大國已多年位居世界第一，其金剛石產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%以上。由于我國人造金剛石的質(zhì)量和穩(wěn)定性的逐步提高、成本的不斷降低，加上國內(nèi)外金剛石制品市場的不斷擴大，有力地推動了人造金剛石市場的蓬勃發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2003年我國人造金剛石的年產(chǎn)量約為25.3億克拉（約506t），比2002年產(chǎn)量增長了26.5%。2006年我國人造金剛石的年產(chǎn)量達到50億克拉（1000t）以上。21世紀前我國人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)用原材料以片狀觸媒合金和片狀石墨為主（片狀工藝），進入21世紀粉末合成技術(shù)逐步替代了片狀技術(shù)。
水霧化法制造觸媒合金粉末項目，是在1988年人工晶體研究院承擔聯(lián)合國開發(fā)署資助的《金剛石工具新技術(shù)的研究和發(fā)展》項目（CPR/85/052），及1996年人工晶體研究院承擔的原國家建材局《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開發(fā)》科研項目的基礎(chǔ)上，結(jié)合市場情況進一步研制開發(fā)衍生的項目。2000年5月，《水霧化法制造新型金剛石工具結(jié)合劑的研究和開發(fā)》項目順利通過了部級鑒定。
近年來，國內(nèi)外人造金剛石市場不斷擴大，而采用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石是金剛石行業(yè)的發(fā)展方向，國外普遍采用觸媒合金粉末材料作為催化劑合成人造金剛石。國內(nèi)金剛石行業(yè)在2002年以前主要用片狀觸媒合金，年用量在3000t左右，粉末法合成人造金剛石比片狀合成相同體積金剛石產(chǎn)量、質(zhì)量可大幅度提高，材料消耗大幅度降低，全部用粉末材料其觸媒合金粉末用量只需1200t左右。自2003年起用觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家的認同，合成高品級人造金剛石用的觸媒合金粉末材料開始批量推廣應(yīng)用，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長的趨勢。截至2003年底，國內(nèi)共有5941臺六面頂及100余臺兩面頂人造金剛石設(shè)備，消耗觸媒4524余噸，如果開發(fā)70%的用量使用粉末觸媒，考慮到粉末觸媒替代片狀觸媒用量降低到1/3，以及金剛石行業(yè)的發(fā)展，全國觸媒合金粉末材料年需求量可達1200t以上，產(chǎn)品市場前景十分廣闊。
粉末觸媒合成技術(shù)發(fā)展初期（20世紀90年代末期）主要使用進口觸媒合金粉末，價格在每噸18萬元左右，材料成本高，加上當時粉末合成技術(shù)水平還較低，粉末材料推廣用量較少。國產(chǎn)氣霧化觸媒合金粉末的應(yīng)用也未從根本上解決問題。人工晶體研究院經(jīng)過近十年的技術(shù)攻關(guān)，從觸媒合金粉末的制造技術(shù)到應(yīng)用技術(shù)方面根本性突破后大幅度降低了觸媒合金粉末的制造成本及推廣應(yīng)用的工藝成本，促進了我國粉末法合成人造金剛石技術(shù)的快速發(fā)展。
觸媒合金粉末的生產(chǎn)工藝
觸媒合金粉末是合成金剛石的催化劑，是生產(chǎn)人造金剛石主要原料。合金粉末的制造以霧化法為主，有水霧化和氣霧化兩大類，我們采用水霧化法制造觸媒合金粉末。主要設(shè)備：中頻熔煉爐、高壓水泵、真空干燥箱、篩分機、合批機、真空包裝機等。生產(chǎn)工藝流程見圖1。
觸媒合金粉末的市場開發(fā)與推廣應(yīng)用
用粉末技術(shù)合成人造金剛石其粉末柱由石墨粉和觸媒合金粉制成，初期制柱工藝為：混料——造�！獕褐婵尽婵瞻b，此工藝要求觸媒粉和石墨粉氧含量低、純度高，粉末柱中的材料如果脫氧不夠所生長出的金剛石顏色不好，強度低、耐熱性差、耐磨性差。
用水霧化法制造的觸媒合金粉末產(chǎn)品，成本比氣霧化產(chǎn)品大幅度降低，但其氧含量要高出5倍左右，這是其主要弱點，霧化后不經(jīng)后處理還原，水霧化觸媒合金粉末氧含量在（2000～4000）×10-6（0.2～0.4%），氣霧化觸媒合金粉末氧含量在（200～800）×10-6，我國粉末法合成技術(shù)開發(fā)初期，利用進口氣霧化觸媒合金粉末，其特點是經(jīng)脫氧還原并鈍化處理后氧含量低（約100×10-6），但價格高（2002年單價180元/kg，外加運雜費成本約200元/kg）。國內(nèi)氣霧化制造的觸媒合金粉雖然價格略低（約150元/kg），但其氧含量偏高（大約在200×10-6）。
為推廣應(yīng)用低成本的水霧化觸媒合金粉末（65元/kg），我們革新了制柱工藝，將粉末柱脫氧還原，制柱成本略有增加，但大幅度降低了材料成本，現(xiàn)行制柱工藝為：混料——造粒——壓柱——真空還原——真空包裝�，F(xiàn)行制柱工藝解決的核心問題是將脫氧還原放在壓柱之后，采用水霧化觸媒合金粉末大幅度降低了粉末柱的成本。
初期制柱工藝要求原料純度高、氧含量低，而且在制柱過程中要盡量避免粉末材料吸潮，實際生產(chǎn)過程中很難做到。采用現(xiàn)行工藝則從根本上解決了氧含量和吸潮問題，金剛石的質(zhì)量及品位大幅度提高，加上更趨合理的腔體結(jié)構(gòu)及合成工藝改進，金剛石單產(chǎn)大幅度度提高。解決了上述工藝技術(shù)問題，為推廣應(yīng)用水霧化觸媒合金粉末打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
近年來，國內(nèi)外人造金剛石市場不斷擴大，用水霧化法制造的觸媒合金粉末材料合成人造金剛石已經(jīng)得到國內(nèi)各生產(chǎn)廠家的認同，觸媒合金粉末材料的需求量呈快速增長的趨勢。北京中材人工晶體有限公司自2003年度起小批量投入市場，全年銷售30余噸，銷售收入215萬元，2004度銷售270t，銷售收入1750萬元，2005年度銷售370t，銷售收入2520萬元，2006年度銷售400余t，銷售收入3200萬元。
